（中国航发沈阳发动机研究所 辽宁沈阳 110015）
摘要：提出一种压气机叶型中弧线构造方法，通过与双圆弧中弧线的对比，介绍了该型中弧线在压气机叶型构造中的优势。MISES程序计算结果表明:相对于双圆弧中弧线，该中弧线叶型的最小损失小，可用攻角范围宽，叶型气动性能较优。
关键词：压气机叶型；中弧线；叶型构造方法；气动性能；双圆弧
现代航空发动机/燃气轮机对压气机气动性能要求越来越高，不仅要求较高的气动负荷，还要求较大的稳定工作范围和较高的全工况效率水平。为了达到气动性能设计要求，高性能的压气机基元叶型设计是压气机气动设计过程中的重要环节之一。
近年来，在压气机叶型设计方面，国内外均结合参数化叶片造型方法、数值模型流动分析技术和数值优化方法进行叶型优化设计[1-3]。在优化过程中，表达叶型中弧线/叶厚的函数或样条的性质成为影响优化结果的关键因素。安利平等人[4]对中弧线和叶厚的曲线形式进行了研究。
本文介绍一种压气机叶型中弧线构造方法（DHA），与常见的双圆弧中弧线（DCA）对比，从而得出这种中弧线在压气机叶型设计中的优势。
1 中弧线构造方法介绍
通常，压气机叶型由中弧线叠加叶厚来构造。中弧线和叶厚的几何性质直接影响叶型的气动性能。本文仅介绍DHA中弧线的构造方法。中弧线由两段曲线构成，每段曲线以切向角沿弧长的分布来表达，具体方程为：
两种中弧线构造的叶型几何形状如图2所示。由于DHA叶型安装角较小，因此在节距相同时，DHA叶型的稠度较小。DCA叶型的稠度为1.33，DHA叶型的稠度为1.31。
采用MISES程序评估两种叶型的气动性能。在计算时，两种叶型给定的进口马赫数均为0.62，密流比均为1.0。根据MISES程序计算结果，从叶型攻角-损失特性、攻角-落后角特性和攻角-出口静压/进口静压共三个方面分析两种叶型的气动性能差异，见图3。
从攻角-损失特性可以看出，DCA叶型的最小总压损失约为0.0216，DHA叶型的最小总压损失约为0.0211，DHA叶型的最小损失偏低约2%；以2倍最小损失界定叶型的可用攻角范围，DCA叶型的攻角范围为-10.8°～-1.5°，DHA叶型的可用攻角范围为-13.2°～-2.2°，DHA叶型的可用攻角范围增加约1.7°。从攻角-落后角特性来看，与DCA叶型相比，DHA叶型最小损失点的落后角降低约0.9度。从攻角-出口静压/进口静压来看，两者的最大出口静压/进口静压基本相当，表明两者的最大扩压能力基本相同。
可见，在与DCA叶型最大扩压能力相当的前提下，DHA叶型的最小损失降低，可用攻角范围增加，落后角减小。因此DHA叶型的气动性能优于DCA叶型。
3 结论
双圆弧中弧线前后两段曲线的曲率各为恒值，不利于在中弧线的不同区域控制曲率变化，进而控制叶型槽道内的气流流动。另外双圆弧中弧线在连接点处的曲率不连续也会对气流流动造成不利影响。本文提出的中弧线避免了上述双圆弧中弧线的弊端，从而获得了较好的气动性能。
参考文献
[1]周正贵．压气机/风扇叶片自动优化设计的研究现状和关键技术[J]. 航空学报，2008，29(2):257-266.
[2]赵鹏程，刘波，宣扬，等．基于遗传算法的压气机叶型优化设计[J]. 航空计算技术, 2011, 41(6):12-15.
[3]陈忠良，姜斌，郑群，等. 高亚声速轴流压气机的优化叶型[J]. 航空动力学报.2015，30(4):891-900.
[4]安利平，黄萍. 一种基于计算几何控制无量纲参数的叶片造型方法[J]. 燃气涡轮试验与研究, 2013,26(4):8-12.
作者简介
陈军梁（1987-），男，汉族，河南林州，硕士研究生，工程师，中国航发沈阳发动机研究所，主要从事航空发动机压气机性能设计。
论文作者:陈军梁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/21
标签：弧线论文; 圆弧论文; 静压论文; 性能论文; 损失论文; 方法论文; 最小论文; 《电力设备》2017年第19期论文;